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玻璃澄清剂在玻璃瓶子中的使用

玻璃澄清剂在玻璃瓶子中的使用

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玻璃熔制过程大致上可分为五个阶段,硅酸盐形成阶段、玻璃形成阶段、澄清、均化、冷却。其中,澄清是指玻璃熔融,随着继续的升温,黏度下降,玻璃液中的可见气泡溢出,即去除玻璃液中可见气泡的过程。澄清是玻璃熔制过程中极其重要的一环,它与玻璃制品的产量和质量密切相关。
  
  玻璃熔制各阶段的关系
  
  初熔以后,玻璃液中还存在大量的气泡和溶解的气体,还不能使用。澄清的作用就是将存在的气泡排出,降低溶解气体的浓度,去除可见气泡,防止出现再生气泡以及使熔体均化。在澄清过程中,有两种方法可消除可见气泡。一是使气泡的体积增大加速上升,漂浮于玻璃液表面,而后破裂消失;一是使小气泡中的气体组分溶解于玻璃液中,气泡被吸收而消失。按照斯托克斯定律
  
  V=2r2g(ρ-ρ’)/9η(1)
  
  式中V—气泡的上浮速度,cm/s;
  
  r—气泡的半径,cm;
  
  g—重力加速度,cm/s2;
  
  ρ—玻璃液的密度,g/cm3;
  
  ρ’—气泡中气体的密度,g/cm3;
  
  η—熔融玻璃液的黏度,Pa•s。
  
  可知,气泡的半径越大,玻璃液的黏度越小,气泡的上浮速度越快。对于微小的气泡来说,除了玻璃液的对流能引起它们的移动以外,几乎不可能漂浮到玻璃液表面。在等温等压条件下,使玻璃液中的气泡变大有两种方法:一、多个小气泡结合成一个大气泡;二、玻璃液中溶解的气体渗入气泡,使其扩大。玻璃液中小气泡彼此距离比较远,而且玻璃液的表面张力又很大,使小气泡很难聚合。而第二种方法更具有实际意义,玻璃液中溶解气体的过饱和度越大,这种气体在气泡中的分压越低,则气体就越容易从玻璃液进入气泡。气泡增大后,其上升速度增大,能够迅速的漂浮于玻璃液的表面,破裂消失。
  
  澄清初期,熔体中存在未熔化的配合料,气泡数量多,多个气泡能够合并为大气泡,从而上升速度增大,澄清后期,熔体中不存在未熔化的配合料,气泡数量也比较少,气泡合并的现象也就几乎不存在了。由于澄清气体扩散到气泡内使气泡长大肯定对气泡的上升有很大的影响,从而也影响到澄清速度,化学澄清就是利用这一效应。
  
  化学澄清是指,当澄清时只对熔体加热已不能得到满意的结果,必须添加一些在较高温度下才析出气体的化学药品,在熔化的配合料排气过程基本结束,黏度足够低时,可使气泡以足够大的速度上升,从而达到澄清效果。
  
  常用的化学澄清剂为硫酸盐,多价态氧化物,以及卤化物。
  
  芒硝,Na2SO4,高温澄清剂,在还原剂作用下其分解温度降低,其熔解时在有还原剂存在时可与SiO2反应。
  
  Na2SO4+C=Na2SO3+CO↑
  
  Na2SO3+SiO2=Na2SiO3+SO2↑
  
  SO2溶入玻璃液中,在1200℃以上高温SO2作为气体放出,起到澄清作用。芒硝对钼电极有侵蚀作用,1000kg石英砂,用量应少于5kg。
  
  白砒,即As2O3,一般为白色结晶粉末或无定形玻璃状物质。白砒是剧毒原料,0.06g即能致人死命,在使用时要特别注意并由专人负责保管。白砒常与硝酸盐共同使用,高温下可产生以下反应。
  
  As2O3+O2=As2O5(600℃~1200℃)
  
  As2O5=As2O3+O2↑(1200℃以上)
  
  高温下放出氧气,促进玻璃液澄清。白砒对钼电极有侵蚀作用,1000kg石英砂,用量应少于0.25kg。硝酸钠用量应少于3kg。
  
  氧化锑,Sb2O3,白色结晶粉末,其澄清作用与白砒相似。与硝酸盐共同使用,才能达到良好的澄清效果。氧化锑属热还原剂,较白砒毒性小,且五价锑转变为三价锑时的温度较白砒低,对钼电极有侵蚀作用,1000kg石英砂,用量应少于0.25kg。
  
  氧化铈,CeO2,柠檬黄色粉末,氧化铈是无毒强氧化剂,能提高玻璃吸收紫外线的能力,含氧化铈的玻璃在强辐射照射下不变色,在玻璃熔制过程中分解出氧气。
  
  4CeO2=2Ce2O+O2↑
  
  用作澄清剂时应与硝酸盐一起使用,氧化铈用量超过配合料质量0.7%时会引起气泡。
  
  食盐,是高温澄清剂,在高温下汽化挥发,促进澄清作用。无毒,一般用量为配合料质量的1.3%~3.5%,过多会使玻璃乳化。适用于以硫着色的棕黄色玻璃和硼硅酸盐玻璃,不适用于二次加热。
  
  熔体中与气泡中的澄清气体分压的差别越大,气体长的越大,澄清也就越有效。而熔体中澄清气体的分压,分解压或蒸汽压都与温度、澄清剂的种类,也就是气体的溶解度、玻璃的组成以及熔体中澄清剂的浓度有关。不过增加澄清剂的含量不都会改善澄清效果,澄清剂的选择、用量要结合玻璃产品的用途、特性、环保、熔制气氛、熔制工艺条件,等多方面综合选用,方能达到效果。

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